干货总结|快速构造String对象及访问其内部成员的技巧

一、相关知识JDK String的实现

字符串在JDK 8及JDK 9之后的实现有很大不同的。JDK 8中,String的结构是这样的:

1.1 String JDK 8的实现

1.2 String JDK 9及之后版本的实现

JDK9之后,通过byte[]来保存value,通过code字段区分是LATIN1或者UTF16。大多数的字符串都是LATIN1。针对这种情况,我们构造字符串或者对字符串进行编码为二进制时,针对性做ZeroCopy的实现,可以获得极致的性能。

二、相关知识Unsafe

JDK 8之后提供sun.Unsafe可以做一些原生的操作,性能更好,不安全,错误的调用会导致JVM Crash。如果用对了,能提升性能。Unsafe能帮你绕过任何限制。

三、相关知识Trusted MethodHandles.Lookup

JDK 8开始支持Lambda,为了方便将一个Method映射为一个Lambda Function,避免反射开销。java.invoke.LambdaMetafactory可以实现这一功能,但这个也受限于可见性的限制,也就是说不能调用私有方法。有一个技巧,结合Unsafe,可以在不同版本的JDK都能构造一个Trusted MethodHandles.Lookup来绕开可见性的限制,调用任何JDK内部方法。如下:

注意:在IBM OpenJ9 JDK 8/11版本上面的实现受到可见性限制,需要做额外处理,参考FASTJSON2 JDKUtils#trustedLookup的代码 :

https://github.com/alibaba/fastjson2/blob/fastcode_demo_20221218/core/src/main/java/com/alibaba/fastjson2/util/JDKUtils.java#L254

四、零拷贝构造String对象

快速构造字符串的关键是要做减少拷贝,甚至零拷贝,在JDK 8、JDK 9~15、JDK 16及之后的版本的实现都不一样。

4.1 JDK 8零拷贝构造String对象的实现

在JDK8中,实现零拷贝构造String对象,需要调用其构造函数String(char[], boolean),比如:

由于String(char[], boolean)方法不是public的,上面的代码会报错,要通过反射构造一个TRUSTED的MethodHandles.Lookup,然调用String的内部方法,映射成一个BiFunction,代码如下:

4.2 JDK9及之后版本实现零拷贝构造String对象的实现

在JDK 9~JDK 15中,我们要构造一个这样的Function用于零拷贝构造String对象:

同样,JDK 9中的String(byte[], byte)方法不是public,无法直接调用,上面的代码会报错,要构造一个TRUSTED MethodHandles.Lookup方法调用String内部方法,如下:

注意:当用户配置JVM参数-XX:-CompactStrings时,上述方法无效。

4.3 快速构造String对象应用举例

上面的例子中,根据JDK版本,在JDK 8中直接创建char[],JDK 9中直接创建byte[],然后通过零拷贝的方式构造字符串对象,这样就实现了快速格式化LocalDate到String,这样的实现远比使用SimpleDateFormat/java.time.DateTimeFormat等实现要快得多。

五、直接访问String对象内部成员

5.1 JDK 8快速访问value

5.2 JDK 9及之后版本直接访问coder & value

我们需要构造如下的函数:

但由于String.coder和value方法不是public可见的,和上面的4.2类似,要通过TRUSTED MethodHandles.Lookup构造,如下:

5.3 直接访问举例

5.4 巧用String.getBytes方法

String有一个Deprecated的getBytes方法,当有非LATIN字符时,结果不对。但当在coder为LATIN1时,可用于直接拷贝其中value,

参考实现:

FASTJSON2项目使用了上面的技巧,其中JDKUtils和UnsafeUtils有上面技巧的实现:

JDKUtils:https://github.com/alibaba/fastjson2/blob/fastcode_demo_20221218/core/src/main/java/com/alibaba/fastjson2/util/JDKUtils.java

UnsafeUtils:https://github.com/alibaba/fastjson2/blob/fastcode_demo_20221218/core/src/main/java/com/alibaba/fastjson2/util/UnsafeUtils.java

注意事项:

上面的技巧不建议新手使用,需要先清楚原理,才可使用。

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